Ces dix derniers mois, six des principaux fabricants mondiaux ont dévoilé leur nouvelle série ou étoffé leur offre dans le domaine de la débitmétrie à effet Coriolis. Preuves, s'il fallait encore en douter, de l'importance que cette technologie a pris dans la mesure de débit industrielle. Sans vanter une nouvelle fois encore tous leurs atouts (voir Mesures n° 754, n° 755, n° 796 et n° 812) , il faut quand même relever que les performances et les fonctionnalités proposées par les débitmètres à effet Coriolis font de ces derniers une réponse plus qu'attrayante pour un (très) grand nombre de secteurs industriels et d'applications aux exigences parfois très fortes. Ceci explique également le rythme “soutenu” des développements et lancements de produits, comparé à ceux d'autres technologies (débitmètres mécaniques, par exemple). Cette tendance s'inscrit parfaitement dans les prévisions fournies par les différents cabi-nets d'études internationaux.

Selon les résultats d'une étude réalisée à l'automne 2011 par le britannique IMS Research, le marché mondial des débitmètres à effet Coriolis deviendrait en effet le segment de marché le plus important, passant devant celui des débitmètres électromagnétiques, dès 2012, et déprimogènes, en 2014. Le plus intéressant concerne la différence de croissance entre grandes zones géographiques. Si l'Asie était encore le plus petit marché en 2010, pour les débitmètres à effet Coriolis, elle devrait dépasser les Amériques en 2013 et peut-être même la région Europe, Moyen-Orient et Afrique (EMEA) en 2014, devenant ainsi le premier marché. Pour Flow Research, dans un rapport publié début 2012, les débitmètres pour gaz basés sur les technologies récentes (débitmétrie massique et à ultrasons) verraient leur segment de marché mondial afficher une croissance annuelle moyenne (CAGR) de 10,1 % entre 2010 et 2015, passant de 498 millions à 808 millions de dol-lars. Il faut préciser que la croissance du marché mondial des débitmètres pour gaz serait sur la même période de 6,1% (1,29 milliards à 1,74 milliards de dollars) et que celle de la part de marchés des débitmètres traditionnels (déprimogènes,à turbine…) ne progresserait de“seulement” 3,3% (792 millions à 932 millions de dollars).

Parmi les débitmètres à effet Coriolis lancés ces derniers temps en France, les modèles Sitrans FC430 de l'allemand Siemens et Rotamass LR du japonais Yokogawa, ainsi que la série FCB300 du helvético-suédois ABB, les transmetteurs FMT de l'américain Emerson Process Management et Proline Promass 100 du suisse Endress+Hauser (voir tableau) s'inscrivent dans une première tendance, à savoir la réduction des dimensions afin d'obtenir des appareils toujours plus compacts. « Pour le Sitrans FC430,il s'agit véritablement d'une innovation majeure : c'est en effet la [première] solution la plus compacte du marché, celle dont l'encombrement est minimum, affirme Benoît Neraudeau, responsable produits au sein de la division Industry Automation & Drive Technologies (IA&DT) de Siemens France. Nous sommes ainsi en mesure d'attaquer les marchés agroalimentaires et pétroliers, avec les agréments ad hoc (3A et EHEDG, Atex, SIL 2 et même pour la première fois SIL 3…), sans compter les transactions commerciales.» Depuis cette introduction,Yokogawa a lancé son Rotamass LR, annoncé comme le plus petit débitmètre à effet Coriolis du marché.

Travailler directement en masse

PourYokogawa, la proportion d'applications mettant en œuvre de faibles débits ou micro-débits, c'est-à-dire inférieurs à 100 kg/h, était en progression en 2012 par rapport à l'année précédente. La première explication de cette tendance est, selon Christian Knecht, responsable produit chez Endress+Hauser France, « le remplacement des débitmètres mécaniques (technologie à pistons, à turbine) pour des raisons de robustesse vis-à-vis des vibrations, d'organes mécaniques qui se grippent, etc. Par exemple, un débitmètre à pistons requiert énormément d'entretien et pose de gros problèmes de maintenance dans les applications de GPL de par l'absence de lubrification.» Malgré un coût (bien) supérieur à celui de modèles mécaniques, le choix de débitmètres à effet Coriolis pour une flotte de camions, par exemple, peut quand même afficher un retour sur investissement (ROI) rapide.

Il existe une autre explication aux besoins de débitmètres à effet Coriolis toujours plus compacts. Cela tient à la nature même de la mesure fournie par cette technologie. « Les technologies mécaniques permettent de réaliser des mesures de débit volumétrique. Les industriels privilégient de plus en plus les valeurs en masse, avec une précision de 0,1 % de la valeur en masse,et font de nombreuses mesures de densité et de concentration, ce que sont capables de faire directement les débitmètres à effet Coriolis », constate Emmanuel de Montillet, responsable marketing et des ventes pour les instruments de terrain chez Yokogawa. Pour obtenir les valeurs de densité et de concentration, les calculs font intervenir la mesure précise de la température du fluide. Il ne faut pas oublier que, selon la température du process, le tube de mesure se dilate et qu'il est préférable de disposer l'élément de mesure de température dans le process pour un meilleur contrôle. Et ce n'est qu'un aperçu de l'ensemble de la fonctionnalité multivariable des débitmètres à effet Coriolis.

Parmi les évolutions apportées par les constructeurs, l'électronique est un levier incontournable afin d'améliorer encore la qualité des signaux, et donc des mesures, de proposer des interfaces utilisateurs communes, d'être conforme SIL 3…

Grâce à une technologie aux multiples avantages, les débitmètres à effet Coriolis permettent de répondre aux exigences et contraintes dans un éventail très large d'applications industrielles. Comme, par exemple, le secteur du pétrole et gaz avec le chargement et déchargement des navires, les plates-formes FPSO, etc.

L'un des marchés industriels les plus demandeurs de débitmètres massiques est celui du remplissage et du dosage. Que ce soit pour les produits laitiers ou pharmaceutiques, les shampoings, les détergents, les débitmètres à effet Coriolis se démocratisent. « Plus les industriels mettent en œuvre des produits à forte valeur ajoutée, très chers (par exemple, certaines essences en parfumerie), plus les économies obtenues grâce à une précision fine sur la mesure de la masse sont importantes. Si le coût était notamment encore un frein,nous constatons un nombre accru de demandes dans le milieu de gamme, à savoir les diamètres nominaux DN15, DN25 et DN40 », poursuit Sandrine Guychard, support produit pression et débit de procédé chez ABB France.

Avec l'introduction des débitmètres à effet Coriolis FCB300 et FCB350 (voir tableau) , la société helvético-suédoise a changé sa stratégie dans le domaine de la débitmétrie. « La vision stratégique d'ABB en débitmétrie est de proposer une offre plus large que celle axée auparavant, pour des raisons historiques, sur les débitmètres électromagnétiques. La série de débitmètres à effet Coriolis FCB330 vient donc compléter notre offre en mesures de pression et température pour les applications dans le pétrole et gaz, la pétrochimie et la chimie, des secteurs importants pour nous. En 2010, une nouvelle Business Unit, b a p t i s é e Measurement Products ,a d'ailleurs été créée et regroupe l'instrumentation de process et les solutions d'analyse », explique Cyrille Nolot, directeur commercial et marketing de l'activité Analyse et instrumentation d'ABB France. Si l'entreprise a déployé des efforts importants dans une offre pour la technologie Coriolis, c'est parce que, non seulement, elle ambitionne de prendre des parts de marché et devenir un acteur majeur, mais aussi que la demande est là, utilisateurs finaux et exportation (EPC) en France, comparé à la situation il y a une vingtaine d'années.

La demande de petits diamètres est une autre grande tendance sur le marché des débitmètres à effet Coriolis, pour le dosage de matières premières ou le remplissage de contenants dans les secteurs de l'agroalimentaire et de la cosmétique, par exemple.

VM : valeur mesurée. (1) Pour le débit massique sur liquide. (2) Pour le modèle FCB350 ; ± 0,1 % de laVM en option. (3) Incertitude de mesure ; ± 0,05 % de la lecture en option. (4) ± 0,05 % de laVM en option.

Améliorations des tubes de mesure…

Pour les applications de dosage et de remplissage, les débitmètres à effet Coriolis sont plus faciles à installer (il n'y a pas de contraintes en termes de longueurs droites amont et aval, par exemple), à régler et à maintenir que leurs “cousins” mécaniques. Les phases de nettoyage et de sté-rilisation en place nécessitent alors moins de temps. « Hormis pour les fluides conducteurs, chasse gardée de la technologie électromagnétique, les débitmètres à effet Coriolis répondent aux contraintes des produits plus complexes,àconduc-tivité variant ou des produits au poids. Ils sont par ailleurs bien adaptés aux productions à haute cadence, en étant complémentaires aux pesons (aucun tarage, capacité de s'affranchir des vibrations externes, des rotations) » ,ajoute Christian Knecht (Endress+Hauser).

Tous ces avantages ne doivent en aucun cas être limités à la réduction des dimensions affichées par les nouveaux débitmètres à effet Coriolis. Pour cela, les fabricants, même ceux déjà bien établis, développent des conceptions originales au niveau notamment des tubes de mesure. « Le Sitrans FC430 est l'aboutissement de nombreux développements, tant au niveau du matériel que du transmetteur, insiste Benoît Neraudeau (Siemens). Nous avons par exemple breveté un capteur de mesure bitube qui intègre les designs propriétaires CompactCurve et HemiShape.» Grâce à une meilleure immunité au bruit et aux vibrations, via une fréquence d'excitation plus élevée, le concept CompactCurve confère aux tubes de mesure une grande sensibilité (précision de 0,1 %, reproductibilité de 0,05% et point zéro très stable) et peu de perte de pression… même en présence des débits les plus faibles. Quant au design HemiShape, le manifold hémisphérique permet de séparer d'une manière bien homogène (même à des débits élevés) le fluide dans les deux tubes. Cela apporte une “sécurité” vis-à-vis des faibles pertes de pression, évite les phénomènes de cavitation, en particulier pour les fluides fragiles, intervient dans la compacité de l'appareil et répond aux exigences hygiéniques.

Du côté de Yokogawa, les innovations au cœur du débitmètre à effet Coriolis Rotamass RCCS30LR portent également sur plusieurs points. « Développer un appareil précision pour des débits en utilisant un “bitube” est un véritable défi lorsque l'on cherche également une bonne étendue de mesure,une répétabilité sur toute la plage,une indépendance vis-à-vis de l'installation, des variations de densité,de températures ambiantes et de process », rappelle Emmanuel de Montillet (Yokogawa). Il faut savoir que l'on atteint les limites physiques de la technologie: le diamètre intérieur du tube n'est en effet que de 0,9mm afin de pouvoir descendre à un débit minimal de 10g/h. « D'où l'analogie avec le colibri qui pèse,lui aussi,10 g » ,ajoute-t-il.Le“bitube” de mesure se présente sous la forme d'un O pour rendre possible la vidange du capteur et éviter les risques de rétention, de colmatage, etc.

Le Rotamass LR se distingue notamment par une cage flottante désormais monobloc pour s'adapter à la compacité du débitmètre, dont le rôle est d'isoler les tubes de mesure de toutes contraintes mécaniques, et par une seconde enceinte de rupture qui autorise la tenue en pression jusqu'à au moins 65 bar. «Autre élément clé dans la conception du Rotamass LR, la conception unique pour la mesure en ligne de la température assure une surface de contact accrue entre la sonde à résistance et le tube, d'où des effets moindres de la température ambiante sur les mesures », poursuit Emmanuel de Montillet (Yokogawa).

L'électronique n'est pas en reste

En plus des designs des tubes de mesure, l'électronique participe également à la réduction géométrique des débitmètres à effet Coriolis. Endress+Hauser a fait évoluer ses transmetteurs Proline pour répondre aux besoins des constructeurs de skids (HPLC, remplissage, NEP, filtration), à savoir l'optimisation du volume utile via une empreinte au sol limitée des skids.Au niveau des transmetteurs, cela se traduit par l'intégration des cartes de traitement de signal et de sortie, l'alimentation directe en 24V continu d'où l'absence de transformateur et de système de refroidissement. « En réduisant la consommation électrique, que ce soit au niveau de la génération des signaux,du contrôle,etc.,on peut miniaturiser l'électronique à tel point que l'étiquette est plus grande que la surface disponible sur le boîtier. Certains industriels recherchent en effet des solutions avec le strict minimum (pas d'afficheur, par exemple) », relève Olivier Aubry, business development Industrie de process chez Endress+Hauser France. Benoît Neraudeau (Siemens) ajoute même que « l'arrivée du “tout numérique”, à savoir que la liaison capteur-transmetteur n'est plus analogique, autorise de se passer d'un transmetteur (par exemple, les OEM confrontés à des problèmes d'intégration) et de récupérer directement le signal.»

Les fluides biphasiques et multiphasiques posent des défis significatifs pour la technologie Coriolis et toutes les autres technologies de débitmétrie. Avec une gestion avancée des phases intermédiaires (EGM), Krohne propose désormais une première solution qui n'empêche pas les développements de se poursuivre.

Les transmetteurs sont amenés à réaliser un certain nombre de fonctions qui vont au-delà de celles propres à la mesure du débit. Signalons d'ailleurs que l'allemand Krohne a amélioré, dans son convertisseur MCF 400, la qualité des signaux et donc de la stabilité et des mesures de masse volumique. « Cette nouvelle génération a nécessité un travail sur le traitement de signal. L'incertitude de mesure se présente maintenant sous la forme d'une courbe plate entre 5 et 100 % du débit nominal, à 0,1 %, et l'incertitude de mesure est plus stable à proximité du zéro. Une base de temps est désormais également utilisée, ce qui permet d'enregistrer des événements horodatés et, ultérieurement, de réaliser un diagnostic plus pertinent du process », explique Christian Jay, responsable marketing chez Krohne France.

Siemens puis Yokogawa se sont lancés dans la course aux plus petits débitmètres à effet Coriolis. Celui du second est capable de mesurer un débit nominal de 25 kg/h et un débit minimal de 10 g/h. En attendant la prochaine annonce…

Intéressons-nous maintenant aux autres fonctions qu'un débitmètre à effet Coriolis peut proposer. « Les transmetteurs intègrent le pilotage d'une ou deux vannes (fonction dosage) et remontent des informations de dosage à l'automate pour la valorisation du produit fabriqué. En plus d'un temps de réponse inférieur à 1 s, le dernier-né des transmetteurs de la famille Micro Motion conçu pour les applications de dosage rapide, à savoir le modèle FMT, propose des communications numériques RS-485 et Profibus DP, en plus des sorties analogiques et TOR » , explique JeanYvert, responsable produits débitmétrie et densimétrie chez Emerson Process Management France. Toujours dans le domaine de la communication numérique, la société américaine a par ailleurs introduit un module EtherNet/ IP externe, qui rend n'importe quel débitmètre Micro Motion doté d'une interface RS-485 Modbus compatible au protocole EtherNet/IP. « Les utilisateurs sont alors capables de configurer l'appareil et de lire ses données via un navigateur Internet. Sans se substituer à un réseau de terrain classique, excepté dans le cas d'une architecture de Rockwell Automation,les débitmètres EtherNet/IP permettent d'accéder à la supervision mais pas de conduire un procédé », poursuit Jean Yvert (Emerson Process Management). Endress+Hauser a été le premier constructeur à proposer des débitmètres EtherNet/IP, avec le modèle à effet Coriolis Promass E200 (voir Mesures n° 834) et le modèle électromagnétique Promag 53. Du côté d'ABB et de Siemens, les nouvelles générations de transmetteurs ont été développées avec notamment l'objectif de simplifier la vie des opérateurs. « Un seul design de tube de mesure,quels que soient la précision,l'application,le nombre de sorties,l'agrément Atex ou non, etc.,et une seule électronique (avec une variante pour l'étalonnage) est désormais disponible avec la série FCB300. En cas de changement d'électronique, il n'y a alors pas de réétalonnage à faire,car les informations résident dans le capteur, et la gestion du stock des pièces détachées s'en trouve également grandement simplifiée », précise Sandrine Guychard (ABB). Sans compter que, en déployant la même approche d'interface utilisateur pour les transmetteurs de débit, de pression et de température, le constructeur en simplifie l'usage, ce qui est très utile pour des opérateurs devant jongler entre différentes technologies sur un même site. Siemens, de son côté, est en train d'harmoniser l'ensemble des interfaces graphiques de ses transmetteurs et le Sitrans FC430 est l'un des premiers, avec le transmetteur de pression Sitrans P500, à intégrer les mêmes menus d'architecture identique, une programmation intégrale en local, avec quatre touches, ou à distance, via un port USB plus pratique qu'une connectique particulière ou une sortie “Hart”. « La nouvelle génération de transmetteurs dispose également de la technologie SensorFlash : une carte mémoire MicroSD sert à la sauvegarde et au transfert vers un autre transmetteur ou un PC des paramètres de configuration (personnalisés et d'usine), des données et certificats d'étalonnage », explique Benoît Neraudeau (Siemens). Ce n'est toutefois pas une nouveauté sur le marché puisque l'on retrouve déjà ce concept chez d'autres constructeurs. Pour les fabricants de débitmètres, le développement des nouveaux transmetteurs permet de rationaliser leur production et in fine de baisser les coûts des appareils. « Le prix des transmetteurs à effet Coriolis tend aussi à descendre de par le nombre plus important de fabricants et de produits sur le marché. Le ROI étant désormais inférieur à une année, au lieu de légèrement moins de deux ans auparavant, la technologie Coriolis devient ainsi abordable pour plus d'utilisateurs », constate Cyrille Nolot (ABB). Les industriels peuvent en effet jouer sur différents leviers pour accroître la compétitivité: la réduction des pertes de charge ou des incertitudes de mesure; une mise en œuvre et une maintenance simplifiées, un encombrement réduit; l'économie de l'énergie nécessaire à la fabrication de leur produit.

En association au convertisseur MCF 400, Krohne a annoncé la disponibilité du débitmètre à effet Coriolis Optimass 6400 (voir tableau) . «Avec ce modèle, nous voulons ouvrir encore un peu plus notre offre qui était jusque-là cohérente mais qui affichait quelques limites dans les applications de chargement,en présence de canalisations vides ou partiellement vides », explique Christian Jay (Krohne). L'une des principales différences comparées au Promass 8000 réside dans l'accès aux applications de haute température. Cet appareil supporte désormais des températures pouvant descendre à - 200°C et monter jusqu'à +400°C, selon l'une des trois versions choisies (cryogénique, standard et haute température). « Par ailleurs, alors que cela était auparavant impossible à faire avec n'importe quel débitmètre à effet Coriolis, nous assurons la possibilité de réaliser des mesures même en présence de 40 % de gaz (en sortie d'extraction pétrolière,par exemple),sans toutefois s'engager sur des incertitudes de mesure. L'essentiel est d'avoir toujours disponible une mesure et non pas de travailler en aveugle », poursuit Christian Jay (Krohne).

Vers des débitmètres gigantesques

Le spectre des applications des débitmètres à effet Coriolis ne s'arrête pas à toutes celles que l'on a déjà pu évoquer jusqu'à présent. La technologie est également mise en œuvre dans les sites offshore , les plates-formes FPSO (Floating Production Storage and Offloading) ou de chargement et déchargement du pétrole ou du gaz dans les super tankers. Pour ce segment de marché, Endress+Hauser a dé-voilé les capteurs Promass O, pour les applications à haute pression, et Promass X, pour le comptage transactionnel des liquides et des gaz à forte valeur ajoutée (voir tableau) . « Le premier est capable de mesurer des débits massiques jusqu'à 800 t/h et le second,des débits massiques jusqu'à 4 100 t/h, les deux avec une incertitude de mesure de ± 0,1 % ou 0,05 % en option, identiques à celles des modèles plus petits. Ils s'inscrivent tous les deux dans l'augmentation des canalisations pour gagner du temps lors des phases de chargement et déchargement », indique Olivier Aubry (Endress+Hauser).

Les dimensions du Promass X sont gigantesques: quatre tubes, deux tubes Promass F côte à côte, des brides en DN300, DN350 ou DN400 avec un diviseur hydraulique conçu spécialement, une largeur de 1248mm et une longueur de 1950mm au maximum et un poids de 555kg! Seuls talons d'Achille : une rangeabilité plus faible que celle des autres capteurs et une maintenance forcément plus compliquée. Quant au Promass O, il supporte des pressions de 258 bar maximum et les matériaux utilisés assurent de surcroît une robustesse chimique vis-à-vis des substances agressives (H2 S, CO2 ,les chlorures). Emerson Process Management a, de son côté, étendu son offre vers les hautes capacités avec les capteurs Micro Motion Elite CMFHC2 (DN150 à DN200), CMFHC3 (DN200 à DN250) et CMFHC4 (DN250 à DN400). « Même avec des tailles si importantes, jusqu'à DN400 via des brides d'adaptation, et des débits massiques pouvant atteindre 3 266 t/h, les amplitudes de vibrations sont suffisamment faibles pour ne poser de problèmes », précise Jean Yvert (Emerson Process Management). On pourrait croire que la technologie Coriolis devienne le principe universel, répondant à toutes les solutions et applications industrielles. Cela n'est en tout cas pas vrai pour les mesures multiphasiques, c'est-à-dire des produits composés de plusieurs phases en même temps (liquides, solides et gaz ou liquides,liquides et gaz,par exemple). «Avec le transmetteur MFC 400, il est désormais possible de travailler jusqu'à une présence d'un taux de gaz de 100 % dans un liquide mesuré grâce à une gestion avancée des phases intermédiaires (EGM). Jusque-là,un taux élevé provoque un amortissement de des vibrations et donc une difficulté à obtenir une bonne mesure. Par exemple, l'Optimass 3 000 dé-croche, repasse en fait en mode de démarrage autour d'un taux de 25 %.Aucune mesure n'est alors possible », explique Christian Jay (Krohne). Les FCB300 d'ABB offrent, quant à eux, une très grande tolérance aux liquides avec des inclusions gazeuses, comparé à nos débitmètres à effet Coriolis existants, afin de répondre à des applications difficiles (fluide biphasique avec 60% de gaz dans du pétrole). C'est une première étape mais il y a encore des travaux à faire avant de réussir de proposer une solution pour de véritables mesures multiphasiques, basée sur la technologie Coriolis ou une combinaison de technologies. Mais les constructeurs nous réservent encore d'autres innovations…